C語言動態內存的申請和釋放
什麽是動態內存的申請和釋放？
當程序運行到需要一個動態分配的變量時，必須向系統申請取得堆中的一塊所需大小的存儲空間，用於存儲該變量。當不再使用該變量時，也就是它的生命結束時，要顯式釋放它所占用的存儲空間，這樣系統就能對該堆空間進行再次分配，做到重復使用有限的資源。
下面將介紹動態內存申請和釋放的函數
1.malloc函數
在C語言中，使用malloc函數來申請內存。函數原型如下：
#include<stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
參數size代表需要動態申請的內存的字節數，若內存申請成功，函數返回申請到的內存的起始地址，若申請失敗，返回NULL，
1.只關心申請內存的大小，該函數的參數很簡單，只有申請內存的大小，單位是字節
2.申請的是一塊連續的內存，該函數一定是申請一塊連續的區間，可能申請到內存比實際申請的大，但也有可能申請不到，若申請失敗，則返回NULL
3.返回值類型是void*，函數的返回值是void*，不是某種具體類型的指針，可以理解成該函數只是申請內存，對在內存中存儲什麽類型的數據，沒有要求，因此，返回值是void*，實際編程中，根據實際情況將void*轉換成需要的指針類型
4.顯示初始化，註意：堆區是不會自動在分配時做初始化的（包括清零），所以程序中需要顯示的初始化
2.free 函數
在堆區上分配的內存，需要用free函數顯示釋放。函數原型如下：
#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
函數的參數ptr，指的是需要釋放的內存的起始地址。該函數沒有返回值。使用該函數，也有下面幾點需要註意：
（1）必須提供內存的起始地址。調用該函數時，必須提供內存的起始地址，不能提供部分地址，釋放內存中的一部分是不允許的。因此，必須保存好malloc返回的指針值，若丟失，則所分配的堆空間無法回收，稱內存泄漏。
（2）malloc和free配對使用。編譯器不負責動態內存的釋放，需要程序員顯示釋放。因此，malloc
示例程序如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int *get_memory(int n)
{
int *p, i;
if ((p = (int *)malloc(n * sizeof(int))) == NULL)
{
printf("malloc error\n");
return p;
}
memset(p, 0, n * sizeof(int));
for (i = 0; i < n; i++)
p[i] = i+1;
return p;
}
int main()
{
int n, *p, i;
printf("input n:");
scanf("%d", &n);
if ((p = get_memory(n)) == NULL){
return 0;
}
for (i = 0; i < n; i++){
printf("%d ", p[i]);
}
printf("\n");
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
程序執行結果如下：
[email protected]:~/book/ch10$ cc malloc.c -Wall
[email protected]:~/book/ch10$./a.out
input n:10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
該程序演示了動態內存的標準用法。動態內存的申請，通過一個指針函數來完成。內存申請時，判斷是否申請成功，成功後，對內存初始化。在主調函數中，動態內存依然可以訪問，不再訪問內存時，用free函數釋放。
（3）不允許重復釋放。同一空間的重復釋放也是危險的，因為該空間可能已另分配。在上面程序中，如果釋放堆空間兩次（連續調用兩次free(p)），會出現下面的結果。
[email protected]:~/book/ch10$ cc malloc.c –Wall
[email protected]:~/book/ch10$./a.out
input n:1
1
*** glibc detected *** ./a.out: double free or corruption (fasttop): 0x08f1a008 ***
======= Backtrace: =========
/lib/libc.so.6(+0x6c501)[0x687501]
/lib/libc.so.6(+0x6dd70)[0x688d70]
/lib/libc.so.6(cfree+0x6d)[0x68be5d]
./a.out[0x804861e]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xe7)[0x631ce7]
./a.out[0x8048471]
======= Memory map: ========
0061b000-00772000 r-xp 00000000 08:01 1048623 /lib/libc-2.12.1.so
00772000-00773000 ---p 00157000 08:01 1048623 /lib/libc-2.12.1.so
00773000-00775000 r--p 00157000 08:01 1048623 /lib/libc-2.12.1.so
00775000-00776000 rw-p 00159000 08:01 1048623 /lib/libc-2.12.1.so
00776000-00779000 rw-p 00000000 00:00 0
008e1000-008fb000 r-xp 00000000 08:01 1048657 /lib/libgcc_s.so.1
008fb000-008fc000 r--p 00019000 08:01 1048657 /lib/libgcc_s.so.1
008fc000-008fd000 rw-p 0001a000 08:01 1048657 /lib/libgcc_s.so.1
00a8f000-00aab000 r-xp 00000000 08:01 1048599 /lib/ld-2.12.1.so
00aab000-00aac000 r--p 0001b000 08:01 1048599 /lib/ld-2.12.1.so
00aac000-00aad000 rw-p 0001c000 08:01 1048599 /lib/ld-2.12.1.so
00b6c000-00b6d000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 1079938 /home/linux/book/ch10/a.out
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 1079938 /home/linux/book/ch10/a.out
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 1079938 /home/linux/book/ch10/a.out
08f1a000-08f3b000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
b7700000-b7721000 rw-p 00000000 00:00 0
b7721000-b7800000 ---p 00000000 00:00 0
b7815000-b7816000 rw-p 00000000 00:00 0
b7823000-b7827000 rw-p 00000000 00:00 0
bf9a5000-bf9c6000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
Aborted
（4）free只能釋放堆空間。像代碼區、全局變量與靜態變量區、棧區上的變量，都不需要程序員顯示釋放，這些區域上的空間，不能通過free函數來釋放，否則執行時，會出錯。
示例程序如下：
#include <stdlib.h>
int main()
{
int a[10] = {0};
free(a);
return 0;
}
程序執行結果如下：
[email protected]:~/book/ch10$ cc free.c –o free -Wall
free.c: In function ‘main‘:
free.c:7: warning: attempt to free a non-heap object ‘a‘
可以看到有一個警告，即釋放一個非堆上的空間。如果強行執行程序，會出現下面的結果：
[email protected]:~/book/ch10$./a.out
Segmentation fault
3.野指針
野指針指的是指向“垃圾”內存的指針，不是NULL指針。出現“野指針”主要有以下原因：
（1）指針變量沒有被初始化。指針變量和其它的變量一樣，若沒有初始化，值是不確定的。也就是說，沒有初始化的指針，指向的是垃圾內存，非常危險。
示例程序如下：
#include <stdio.h>
int main()
{
int *p;
printf("%d\n", *p);
*p = 10;
printf("%d\n", *p);
return 0;
}
程序執行結果如下：
[email protected]:~/book/ch10$ cc p.c –o p -Wall
[email protected]:~/book/ch10$./p
1416572
Segmentation fault
（2）指針p被free之後，沒有置為NULL。free函數是把指針所指向的內存釋放掉，使內存成為了自由內存。但是，該函數並沒有把指針本身的內容清楚。指針仍指向已經釋放的動態內存，這是很危險。程序員稍有疏忽，會誤以為是個合法的指針。就有可能再通過指針去訪問動態內存。實際上，這時的內存已經是垃圾內存了，關於野指針會造成什麽樣的後果，這是很難估計的。若內存仍然是空閑的，可能程序暫時正常運行；若內存被再次分配，又通過野指針對內存進行了寫操作，則原有的合法數據，會被覆蓋，這時，野指針造成的影響將是無法估計的。
示例程序如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
int n = 5, *p, i;
if ((p = (int *)malloc(n * sizeof(int))) == NULL)
{
printf("malloc error\n");
return 0;
}
memset(p, 0, n * sizeof(int));
for (i = 0; i < n; i++)
{
p[i] = i+1;
printf("%d ", p[i]);
}
printf("\n");
printf("p=%p *p=%d\n", p, *p);
free(p);
printf("after free:p=%p *p=%d\n", p, *p);
*p = 100;
printf("p=%p *p=%d\n", p, *p);
return 0;
}
程序執行結果如下：
[email protected]:~/book/ch10$cc test.c –o test -Wall
[email protected]:~/book/ch10$./test
1 2 3 4 5
p=0x92cf008 *p=1
after free:p=0x92cf008 *p=0
p=0x92cf008 *p=100
該程序中，故意在執行了“free(p)”之後，通過野指針p對動態內存進行了讀寫，程序正常執行，也在預料之中。前面已經分析過，內存釋放後，若繼續訪問甚至修改，後果是不可預料的。
（3）指針操作超越了變量的作用範圍。指針操作時，由於邏輯上的錯誤，導致指針訪問了非法內存，這種情況讓人防不勝防，只能依靠程序員好的編碼風格，已及紮實的基本功。下面演示一個指針操作越界的情況：
示例程序如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
int a[5] = {1, 9, 6, 2, 10}, *p, i, n;
n = sizeof(a) / sizeof(n);
p = a;
for (i = 0; i <= n; i++)
{
printf("%d ", *p);
p++;
}
printf("\n");
*p = 100;
printf("*p=%d\n", *p);
return 0;
}
程序執行結果如下：
[email protected]:~/book/ch10$ cc test.c –o test -Wall
[email protected]:~/book/ch10$./test
1 9 6 2 10 5
*p=100
該程序故意出了兩個錯誤，一是for循環的條件“i <= n”，p指針指向了數組以外的空間。二是“*p = 100”，對非法內存進行了寫操作。
（4）不要返回指向棧內存的指針。指針函數會返回一個指針。在主調函數中，往往會通過返回的指針，繼續訪問指向的內存。因此，指針函數不能返回棧內存的起始地址，因為棧內存在函數結束時會被釋放。
C語言動態內存的申請和釋放